KR20090101245A

KR20090101245A - 세라믹 부재 및 내식성 부재

Info

Publication number: KR20090101245A
Application number: KR1020097014897A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 이데; 마사미 안도
Original assignee: 토토 가부시키가이샤
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-09-24
Also published as: TWI385138B; TW200902474A; EP2123615A4; US20080176735A1; US7799719B2; JP4197050B1; WO2008088071A1; EP2123615A1; JP2009173459A

Abstract

본 발명은 고밀도이고 입자 직경이 작은 내플라즈마성이 우수한 세라믹 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 세라믹 부재를 미세한 입자로 이루어지는 미세 구조로 구성한다. 평균 입자 직경이 1.5 ㎛ 미만이고, 아르키메데스법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만이며, 최대 입자 직경이 3 ㎛ 미만으로 구성된 세라믹 부재로 하여 개기공을 적게 함으로써 플라즈마 침식의 기점이 되는 개소를 저감할 수 있기 때문에 내플라즈마성이 우수한 세라믹 부재를 제공할 수 있다. 그리고, 이상 입자 성장을 억제시켜 작은 입자로 구성시킴으로써 더스트에 의한 파티클 오염을 저감시킬 수 있으며, 내플라즈마성과 내파티클 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

세라믹 부재 및 내식성 부재{CERAMIC MEMBER AND CORROSION-RESISTANT MEMBER}

본 발명의 양태는, 일반적으로, 피처리 기판을 처리하는 처리 장치에 이용되는 내식성 부재에 대한 것으로, 내플라즈마 특성이 우수하고, 내파티클 특성이 우수한 세라믹 부재에 관한 것이다.

반도체 또는 액정 제조 장치용의 챔버 내부의 부재는, 불소계, 염소계 가스를 도입한 플라즈마 처리 장치 내에 있고, 높은 내플라즈마성의 재료가 요구되고 있다. 내플라즈마성이 우수한 재료로서는 고순도 산화알루미늄 등의 고순도 세라믹 재료의 제안이 많이 이루어지고 있다. 최근 이트리아가 내플라즈마성에 우수하다고 주목받고 있다. 또한, 에칭할 때, 부재의 침식에 따르는 더스트가 발생하고, 그 더스트가 처리 기판에 부착되어 파티클 오염을 발생시키는 문제점이 있다고 되어 있다. 그 때문에, 높은 플라즈마성을 가지고, 미세한 입자로 이루어지는 부재의 제안이나, 입자 경계 침식이 적은 불순물량이 적은 재료의 제안이 이루어지고 있다.

세라믹스는 일반적으로 그 소성의 과정에서 고온을 필요로 하기 때문에, 입자 성장을 수반하는 소결이 이루어지므로 출발 원료의 입자 직경보다도 커지는 것 이 알려져 있다. 큰 입자로 구성된 세라믹스는 탈락이 쉽게 생긴다고 알려져 있다.

또한, 플라즈마에 노출되는 부분에 기공(氣孔)이 있으면, 플라즈마 침식의 기점이 되어 내플라즈마성이 나빠진다고 알려져 있다.

플라즈마 부재로서의 종래의 기술은, 입자 직경을 작게 하여 탈립하기 어렵게 한 것이나 소결체 내에 포함되는 기공율을 적게 하는 방법이 취해지고 있다. 이트리아는 난소결 재료이기 때문에, 치밀한 소결체를 얻기 위해서는 고온에서의 소성이 필요해진다. 그 때문에, 입자 성장이 진행하여, 작은 입자 직경으로 구성되는 소결체를 얻을 수 없다. 예컨대, 일본 특허 공개 제2006-21990호 공보에는, 평균 입자 직경 0.7 ㎛의 원료 분말을 이용하여, 1700℃로 소성한 경우에, 평균 입자 직경 4 ㎛, 체적 밀도 4.90 g/㎤의 이트리아 소결체가 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2005-8482호 공보에는 평균 입자 직경 1.2 ㎛의 원료 분말을 이용하여, 1650℃에서 소성한 경우에 평균 입자 직경 2 ㎛, 체적 밀도 4.64 g/㎤의 이트리아 소결체를 얻을 수 있고, 1710℃에서 소성한 경우에, 평균 입자 직경 12 ㎛, 체적 밀도 4.90 g/㎤의 이트리아 소결체를 얻을 수 있는 것이 개시되어 있다. 이에 따라, 통상의 소성 방법으로 치밀한 이트리아 소결체를 제작하는 경우에는 1700℃ 이상의 온도로 소성을 행할 필요가 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 양태는, 세라믹 부재 중의 이상 입자 성장을 억제하고, 기공의 생성을 적게 하여 작은 입자로 구성시킴으로써 탈립이 생기기 어려운 내플라즈마성이 우수한 세라믹 부재를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에서는, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재를 구성하는 입자의 평균 입자 직경이 1.5 ㎛ 미만이며, 아르키메데스법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재로 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재를 구성하는 입자의 최대 입자 직경이 3 ㎛ 미만이며, 아르키메데스법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재로 할 수 있다.

보다 바람직한 형태에 있어서는, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재 중에 Y₃BO₆를 포함하는 세라믹 부재로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재의 두께가 0.3 ㎜ 이상인 세라믹 부재로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 내식성 부재는, 본 발명의 일 실시형태에서의 세라믹 부재를, 내식성을 필요로 하는 부위에 배치하여 이루어지는 내식성 부재로 할 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명의 양태에 따르면, 개기공을 적게 하는 것으로, 플라즈마 침식의 기점이 되는 개소를 저감시킬 수 있기 때문에 내플라즈마성이 우수한 세라믹 부재를 제공할 수 있다. 그리고, 이상 입자 성장을 억제시켜 작은 입자로 구성시킴으로써 더스트에 의한 파티클 오염을 저감시키는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 부재의, 플라즈마 조사 전의 표면 상태를 표시하는 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 부재의, 플라즈마 조사 후의 표면 상태를 표시하는 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다.

도 3은 비교예 1에 나타내는 세라믹 부재의, 플라즈마 조사 전의 표면 상태를 표시하는 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다.

도 4는 비교예 1에 나타내는 세라믹 부재의, 플라즈마 조사 후의 표면 상태를 표시하는 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다.

본 건에서 사용하는 어구(語句)의 설명을 이하에 행한다.

(세라믹 부재)

본 발명에서의 세라믹 부재란, 이트리아 분말의 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재로서, 세라믹 부재 표면은, 담금질 표면, 연마ㆍ연삭면 등을 구분하지 않는다. 이트리아를 주성분으로 하는 것은, 세라믹 부재를 구성하는 금속원소 중 주된 부분을 차지하는 것이 이트륨 원소인 것을 가리킨다. 여기서, 이트륨 원소가 세라믹 부재를 구성하는 금속 원소의 주된 부분을 차지한다고 하는 것은, 이트륨원소의 세라믹 부재 중의 함유량으로서, 세라믹 부재를 구성하는 모든 금속원소의 양에 대해, 통상, 50 중량% 이상, 바람직하게는 93 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상인 것을 나타낸다.

(입자 직경)

본 발명에서의 입자 직경이란, 세라믹 부재를 구성하는 하나 하나의 고체 결정 입자의 크기이고, 세라믹 부재 중에서는 서로가 입자 계면에 의해 구획된 개개의 입자의 크기를 가리킨다.

(평균 입자 직경)

본 발명에서의 평균 입자 직경은, 플라니메트릭 법(Planimetric method)에 따라 산출한 값을 가리킨다. 평균 입자 직경의 측정은, 시료를 경면 연마한 후, 대기 분위기 중에서 서멀 에칭을 행하고, SEM에 의한 관찰상을 이용하여, 플라니메트릭 법에 따라 평균 입자 직경을 산출했다.

(플라니메트릭 법)

본 발명에서의 평균 입자 직경의 측정은, Jeffries의 플라니메트릭 법을 이용하여 행했다.

[참고 문헌: Z.Jeffries, Chem. Met. Engrs., 16, 503-504(1917); ibid.,18, 185(1918).]

서멀 에칭을 행한 시료의 임의의 2∼3개소를 10000배로 SEM 촬영을 행하고, 사진 상에서 면적(A)의 기지(旣知)의 원을 그려, 원 내의 입자수(n_c)와 원주에 걸린 입자수(n_i)로부터 다음 식에 의해 단위 면적당 입자수(N_G)를 구한다.

N_G=(n_C+ 1/2n_i)/(A/10000²)

1/N_G는 1개의 입자가 차지하는 면적이다. 이에 따라 다음 식을 이용하여 원상당 직경(D)을 산출하여 평균 입자 직경으로 했다.

D= 2/(πN_G)^1/2

(서멀 에칭)

본 발명에서의 서멀 에칭은, 시료를 경면 연마한 후, 소성 온도에 대해 300℃∼400℃ 낮은 온도까지 승온 속도 300℃/h로 승온하고, 10분∼30분간 유지한 후 노내 방랭을 행하는 공정이다. 이 열처리에 의해, 입자 하나 하나가 열팽창을 하고, 냉각에 따른 수축 시에 입자 계면에 오목부가 생성된다. 이에 따라, 입자의 크기를 관찰할 수 있다.

(최대 입자 직경)

본 발명에서의 최대 입자 직경이란, 서멀 에칭을 실시한 시료를 10000배의 SEM 관찰로 촬영하고, 관찰되는 최대 입자의 정방향 최대 직경(Krumbein 직경)에 의해 얻어지는 크기이다.

(아르키메데스법)

본 발명에서의 아르키메데스법이란, JIS 규격(JIS R 1634)에 나타내는 밀도 측정 방법이다. 포수(飽水) 방법은 진공법, 매액에는 증류수를 이용하여 측정을 행했다. 개기공이란 시료 표면에 존재하는 기공을 가리킨다. 개기공은 아르키메데스법에 의해 측정할 수 있고, 개기공률로 나타낸다. 측정되는 개기공률은, 시료의 외형 용적을 1로 한 경우, 그 중에 차지하는 개기공 부분의 용적의 백분비를 가리킨다.

(비표면적)

본 발명에서의 원료 분말 입자 직경의 표기에 이용한 비표면적은, JIS 규격(JIS R 1626)에 나타내는 BET법에 의한 것이다.

내플라즈마성을 향상시키기 위해서는 기공의 존재를 적게 할 필요가 있는 것은 잘 알려져 있다. 일반적으로 HIP 처리에 의해 기공을 감소시키는 처리가 알려져 있지만, 치밀(緻密)화를 완료한 소결체 내에 존재하는 수 ㎛ 이상의 조대(粗大)한 기공은 제거 곤란해진다. 따라서, 소결 시에 기공을 감소시킬 필요가 있다.

일반적으로, 기공의 크기는 구성하는 소결체의 입자 직경의 약1/10이라고 말해지고 있다. 또한, 소결체를 구성하는 한계의 입자 직경과 기공의 평균 직경 및 기공의 체적에는 이하와 같은 관계식이 성립하는 것이 알려져 있다.

D = d/f

D: 구성 입자의 한계 입자 직경

d: 기공의 평균 직경

f: 기공의 체적

기공의 체적을 감소시키기 위해서는, 기공의 크기를 작게 해야 한다. 이를 위해서는, 구성하는 소결체의 입자를 작게 하는 동시에 이상 입자 성장을 억제시켜, 균질한 입자로 구성해야 한다. 그러나 입자 성장은 소결의 과정에서는, 치밀화를 촉진시키므로 기공을 제거하기 위해서는 불가결하고, 어느 정도의 입자 성장은 필요하다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 바람직하게는, 평균 입자 직경이 1.5 ㎛ 미만, 최대 입자 직경이 3 ㎛ 미만 중 적어도 하나의 조건을 만족하는 경우에, 소결체 내의 기공의 억제에 의해 효과가 있는 것을 발견했다.

내파티클 특성의 관점에서, 평균 입자 직경과 최대 입자 직경은 또한 작게 하는 것이 바람직하지만, 치밀질인 세라믹 부재를 용이하게 제작하는 관점에서, 평균 입자 직경과 최대 입자 직경은 0.1 ㎛ 이상이 바람직하다. 세라믹 부재를 구성하는 입자의 이동은 온도에 의존하는 동시에 소결이 촉진되는 온도에도 의존한다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 충분한 소결과 동시에 미세 구조를 달성할 수 있는 구성 입자 사이즈 영역이라고 판단할 수 있는 한계치를 발견했다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 아르키메데스법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만, 바람직하게는 0.3% 이하인 세라믹 부재로 함으로써, 내플라즈마성, 내파티클 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 이론적으로는, 개기공률은 0%가 가장 바람직하다. 따라서, 개기공률은 0% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에서는 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재를 구성하는 입자의 평균 입자 직경 이 1.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 ㎛ 이하이며, 아르키메데스법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만, 바람직하게는 0.3% 이하인 것을 특징으로 하기 때문에 치밀하고 기공이 적은 미세한 입자로 이루어지는 세라믹 부재를 얻을 수 있다. 또한, 치밀질인 세라믹 부재를 용이하게 제작하는 관점에서, 평균 입자 직경은 0.1 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 이론적으로는, 개기공률은 0%가 가장 바람직하다. 따라서, 개기공률은 0% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재를 구성하는 입자의 최대 입자 직경이 3 ㎛ 미만, 바람직하게는 1.5 ㎛ 이하이고, 아르키메데스법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만, 바람직하게는 0.3% 이하인 것을 특징으로 함으로써 치밀하고 기공이 적은 미세한 입자로 이루어지는 세라믹 부재를 얻을 수 있다. 또, 치밀질인 세라믹 부재를 용이하게 제작하는 관점에서, 평균 입자 직경은 0.1 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 이론적으로는, 개기공률은 0%가 가장 바람직하다. 따라서, 개기공률은 0% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 세라믹 부재의 두께는 0.3 ㎜ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1 ㎜ 이상이다. 세라믹 부재를 두껍게 함으로써, 부식 환경 하에서 장시간의 사용이 가능해진다. 제작의 용이함의 관점에서, 세라믹 부재의 두께는, 10 ㎝ 이하가 바람직하다. 여기서 말하는 두께는, 적어도 플라즈마 분위기 혹은 부식 환경 하에 노출되는 세라믹 부재의 표면으로부터 깊이 방향을 가리킨다.

세라믹 부재의 형상은, 판 형상, 시트 형상, 막대 형상, 구 형상, 돔 형상, 사다리꼴 형상, 원주 형상, 중공 형상, 리브 구조 등을 들 수 있다. 이들이 조합된 복잡한 형상이라도 좋다. 또한, 세라믹 부재의 표면 형상은, 평활 형상, 요철 형상이라도 좋다.

본 발명에 있어서의 바람직한 형태에 있어서는, 이트리아 분말을 성형하고, 1200℃∼1600℃, 바람직하게는 1400℃∼1550℃, 보다 바람직하게는 1400℃∼1500℃에서 소성하고, 필요에 따라 연삭ㆍ연마 가공을 수행한다. 이 온도로 소성함으로써, 입자 성장을 억제하고 미세한 입자로 이루어지는 세라믹 부재를 얻을 수 있다.

보다 바람직하게는, 이트리아에 대해 상기 온도로 액상을 생성하는 보조제를 첨가한다. 소결 조제를 첨가함으로써 소결성을 높일 수 있고, 상기 온도에서의 소성이 수행하기 쉽게 된다.

상기 보조제로서는 예컨대, 산화붕소나 붕산 등의 붕소화합물이나, 불화리튬 등의 리튬 화합물, 불화 칼륨 등의 칼륨 화합물 등을 적합하게 이용할 수 있다. 가장 바람직하게는, 붕소 화합물을 첨가한다.

(혼합ㆍ원료 분말)

원료의 혼합 방법은, 볼밀과 같은 세라믹스의 제조 공정에 이용되는 일반적인 방법을 이용할 수 있다. 이트리아 원료 분말의 입자 직경에 제한은 없지만, 평균 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 ㎛ 이하가 바람직하다. 하한치의 제한은 없지만, 성형성의 저하가 있기 때문에, 서브 미크론 정도가 바람직하다. 볼밀과 같은 분쇄 공정을 수반하는 혼합 방법은, 입자 직경을 미세하게 하는 것 뿐 만 아니라 조대(粗大) 입자를 분쇄하는 효과가 있어, 균질하고 미세한 입자로 이루어지는 세라믹 부재를 얻기 위해서는 바람직하다.

(성형)

본 발명의 실시형태에서의 성형 방법은, 조립한 분말을 프레스 성형이나 CIP 등의 건식 성형 방법에 의해 성형체를 얻을 수 있다. 성형은 건식 성형에 한정되지 않고, 압출 성형, 사출 성형, 시트 성형, 주입 성형, 겔캐스트 성형 등의 성형 방법을 이용하여 성형체를 얻을 수 있다. 건식 성형의 경우, 바인더를 부가하여 스프레이 드라이어 등을 이용하여, 과립으로 해서 이용할 수 있다.

(소성)

본 발명의 실시형태에 있어서, 소성은 대기 분위기에서 1600℃ 미만의 소성이 가능하고, SiC 발열체나 칸탈 발열체를 갖는 전기로에서의 소성이 가능하다. 소성은 대기 분위기 중에 한정되지 않고, 질소나 아르곤 등의 불활성 분위기 중이나 진공 중의 소성이라도 가능하다. 소성 시간은 0.5시간∼8시간 사이에서 선택할 수 있다. 소성 온도는 1200℃∼1600℃의 범위에서 선택할 수 있고, 바람직하게는, 1400℃∼1550℃, 보다 바람직하게는 1400℃∼1500℃에서의 소성이 좋다. 이 온도에서 소성함으로써, 입자 성장을 억제하여 미세한 입자로 이루어지는 세라믹 부재를 얻을 수 있다.

소결성을 높이기 위해, 세라믹 부재 중에 붕소 화합물을 넣은 경우에는, 소성 중에 붕소 화합물이 증발 비산하기 쉽기 때문에, 머플(muffle) 작업 등을 실시 하여 소성하는 것이 바람직하다. 붕소 화합물은 소성의 과정에서 Y₃BO₆를 형성하여, 1100℃∼1600℃의 온도로 액상을 형성하여 소결을 촉진한다. 이 Y₃BO₆의 액상의 생성이 저온에서의 소성이 세라믹 입자의 입자 성장을 억제하여, 미세한 입자로 구성되는 세라믹 부재를 얻는 것이 가능해진다.

얻어진 소결체는 소성 온도 이하의 온도 영역에서의 HIP 처리를 실시할 수 있다. 이에 따라, 개기공률이 0.1% 미만, 보다 바람직하게는 0.05% 미만이 되어, 거의 이론적 밀도의 치밀질 소결체를 얻을 수 있다.

상기 Y₃BO₆결정을 생성하는 붕소 화합물로서는, 산화붕소에 한정되지 않고, 붕산, 질화붕소, 탄화붕소, YBO₃, Y₃BO₆등의 붕소 화합물이 이용 가능하고, 그 중에서도 산화붕소, 붕산, YBO₃을 적합하게 이용할 수 있다.

얻어진 세라믹 부재는, 경면 연마를 행하여, 소성 온도에 대해 300℃∼400℃낮은 온도까지 승온 속도 300℃/h로 승온하여, 10분∼30분간 유지하고 서멀 에칭을 실시했다. 얻어진 시료는 SEM을 이용하여 입자 형상을 관찰할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 의해 얻어지는 세라믹 부재는, 챔버, 벨자(bell-jar), 서셉터, 클램프링, 포커스링, 캡쳐링, 섀도우링, 절연링, 라이너, 더미웨이퍼, 고주파 플라즈마를 발생시키기 위한 튜브, 고주파 플라즈마를 발생시키기 위한 돔, 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 리프트핀, 샤워판, 배플판, 벨로우즈 커버, 상부 전극, 하부 전극, 챔버 내부의 부재 고정용 나사, 나사캡, 로봇암 등의 플라즈 마 분위기에 노출되는 반도체 또는 액정 제조 장치용 부재에 이용할 수 있다. 예컨대 챔버나 벨저이면, 플라즈마 조사가 행해지는 내벽면에 이용되고, 포커스링이나 캡쳐링이면, 플라즈마 분위기에 접하는 면에 이용할 수 있다. 또한 그 외의 부재도 플라즈마분위기에 노출되는 면에 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태의 세라믹 부재는, 10¹⁴Ωㆍ㎝ 이상의 체적 저항을 갖기 때문에, 반도체 웨이퍼나 석영 웨이퍼에 미세한 가공을 실시하는 에칭 장치 등의 정전척에 이용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시형태의 세라믹 부재는, 불화수소 등의 부식 용액이나 부식 가스 등을 반송하기 위한 반송관 등의 부식 방지용 부재나, 부식 용액을 이용한 화학적 처리 등을 행할 때에 사용하는 도가니 등에 이용할 수 있다.

(실시예)

원료로서 이트리아 분말(비표면적 11 g/㎤∼15 g/㎤)과 산화붕소(시약 등급)를 준비하여, 산화붕소 첨가량을 0 wt%∼8 wt%로 하고, 분산제ㆍ바인더ㆍ이형제를 첨가하여 볼밀에 의한 분쇄 교반 혼합을 행했다. 혼합 후 스프레이 드라이어에 의한 조립을 행했다. 얻어진 조립 분말은 프레스 성형을 행한 후, CIP 성형을 행했다. 스프레이 드라이어에 의한 조립과 CIP 처리에 의해, 성형체 밀도를 향상시키면 안정하게 소성체를 얻을 수 있다. 얻어진 성형체는, 탈지한 후, 대기 분위기 중 1400℃∼1500℃에서 소성했다. 표 1은 얻어진 소결체와 평균 입자 직경, 최대 입자 직경 및 개기공률의 관계이다.

[표 1]

실시예 1∼실시예 5는, 붕소 첨가량을 변화시켜 시험을 행한 결과이다. 소결체의 평균 입자 직경은 0.2 ㎛∼1.5 ㎛의 범위에 있고, 매우 미세한 입자로 구성되어 있다. 또한 최대 입자 직경은 3 ㎛ 이하이고 미세하고 좁은 입도(粒度) 분포를 갖는 소결체이다. 이에 따라 개기공률은 0.24% 이하의 낮은 값을 나타냈다.

(비교예)

비교예 1은 붕소 무첨가 시료를 1600℃에서 소성한 결과이다. 평균 입자 직경은 0.35 ㎛로 매우 작은 것으로 구성되어 있다. 그러나 개기공률 0.76%로 많은 기공을 갖는다. 이것은, 최대 입자 직경이 0.8 ㎛로 작다.

비교예 2는 붕소 첨가량을 8 wt% 첨가한 계이다. 비교예 2에서는 이상 성장한 입자가 확인되고, 큰 것은 3 ㎛을 넘는 입자로 구성되어 있었다. 어느 정도의 입자 성장은 소결에 필요하다는 것이 상기 실시예에 의해 확인되었지만, 지나친 입자 성장은 소결을 저해하는 경향이 있는 것이 확인되었다. 그 때문에, 기공도 많고 개기공률은 24%의 높은 값을 나타냈다.

비교예 3은 비표면적 35 ㎡/g∼45 ㎡/g의 원료 분말을 이용한 경우를 나타냈다. 1400℃의 대기 분위기 소성에 의해 얻어지는 소결체는 체적 밀도 3.87 g/㎤로 덜 치밀화되어 있으므로, 그 구성 입자의 평균 입자 직경은 0.26 ㎛으로 입자 성장을 하고 있는 모습이 확인되었다. 그러나, 최대 입자 직경은 0.7 ㎛ 정도이고, 소결을 충분히 달성할수록 입자 성장이 이루어지지 않는다. 이에 따라 충분한 치밀체로는 되어 있지 않다.

이상의 결과로부터, 평균 입자 직경이 0.2 ㎛∼1.5 ㎛로 미세한 입자로 구성되어 있고, 소결체 내에 존재하는 이상 성장한 입자가 3 ㎛ 미만을 동시 만족시키는 것은, 플라즈마 침식의 기점이 되는 개기공의 존재를 억제하는 효과가 있어, 내플라즈마성에 유효하다. 그리고, 미세한 입자로 구성되어 있기 때문에 내파티클성에도 유효하다.

본 발명의 일 실시형태의 세라믹 부재의 내플라즈마성을 평가하기 위해, 실시예 4 및 비교예 1를 리액티브 이온 에칭 장치(아넬바 주식회사 DEA-506)를 이용하여, 에칭가스는 CF₄(40 sccm)+ O₂(10 sccm)로 1000 W, 30시간의 플라즈마 조사 처리를 행했다. 결과를 도 1∼4에 나타낸다. 실시품은 비교예에 비해, 플라즈마 조사 후에도 매우 양호한 표면 형상인 것이 확인되었다.

Claims

이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재를 구성하는 입자의 평균 입자 직경이 1.5 ㎛ 미만이며, 아르키메데스법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재를 구성하는 입자의 최대 입자 직경이 3 ㎛ 미만이며, 아르키메데스 법에 따른 측정에 의해 얻어지는 개기공률이 0.5% 미만인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재 중에 Y₃BO₆를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 이트리아를 주성분으로 하고, 소성에 의해 얻어지는 세라믹 부재에 있어서, 이 세라믹 부재의 두께는 0.3 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹 부재를 내식성을 필요로 하는 부위에 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내식성 부재.